Montazh_elektrooborudovaniya_Ch_1_UMK

ПРОВОДА

Неизолированные Изолированные

Одножильные

Одножильные

Многожильные

Много-

Однопро-

Много-

Одно-

Много-

Одно-

прово-

волочные

прово-

прово-

прово-

прово-

лочные

(медные)

лочные

лочные

лочные

лочные

(семь и

(семь и

(семь и

более)

более)

более)

Рис. 1.4. Классификация проводов

По назначению изолированные провода разделяют на обмоточные, монтажные, установочные и др.

Обмоточные провода служат для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и приборов.

Изоляция обмоточных проводов классифицируется по роду: на эмалевую (провода АПЭЛ, ПЭВ, ПЭЛУ); на волокнистую (провода ПБ, ПБО, ПШКД и др.);

на комбинированную (провода ПЭ, ЛБД, ПЭЛШО).

Эмалевая изоляция обмоточных проводов отличается высокой электрической прочностью при малой толщине и имеет достаточную механическую прочность.

Волокнистая изоляция обмоточных проводов имеет большую толщину, чем эмалевая, и низкую нагревостойкость.

Комбинированная изоляция сочетает два указанных вида. Монтажные провода применяются для соединения электриче-

ских приборов и аппаратов в щитах, пультах и т. п. Их обычно связывают в специальные жгуты, выполняемые по шаблонам.

Наиболее широко применяют монтажные провода марок МГШ, МГШД, МГШП.

Установочные провода применяют для соединения электрических приборов, аппаратов, монтажа электрических проводок.

Установочные провода классифицируются по следующим признакам:

1)по материалу токопроводящей жилы (медные, алюминиевые);

2)по конструкции токопроводящей жилы (однопроволочные; многопроволочные;

3)по числу жил (одножильные, многожильные);

4)по площади сечения жил (0,35; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240 мм2 и т. д. до 400 мм2);

5)породуизоляции(ПВХ, полиэтиленовая, резиновая, найритовая);

6)по роду защиты от внешних воздействий (незащищенные, защищенные (с оплеткой)).

Структура условного обозначения установочных проводов

Χ1ΠΧ2 Χ3 х Χ4.

Х1 – буква, характеризующая материал токопроводящей жилы: А – алюминий, медь – буква опускается.

Буква П – провод или ПП – плоский провод (двух или трехжильный).

Х2 – буквы, характеризующие материал изоляции (В – ПВХ;

П– полиэтиленовая; Р – резиновая; Н – найритовая).

Х3 – число жил.

Х4 – сечениежилы, мм.

Шнур – две или более изолированных гибких или особо гибких медных жилсечением до 1,5 мм2, скрученных илиуложенных параллельно, поверх которых в зависимости от условий эксплуатации могут быть наложенынеметаллическаяоболочкаизащитныепокрытия.

Шнур предназначен для подключения электрических бытовых приборов к электрической сети (марки ШПП, ШВП, ШВВП).

Кабель – одна или более изолированных жил (проводников), заключенных, как правило, в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки иэксплуатации может иметься соответствующий защитный покров, в который может входитьброня.

Кабели подразделяются, в основном, на силовые (предназначенные дляпередачи электрической энергиипромышленной частоты всиловых цепях) и контрольные (предназначенные для передачи сигналов во вспомогательныхцепяхуправления, защитыисигнализации).

Силовые кабели предназначены для передачи по ним на расстояние электроэнергии, используемой для питания электрических установок. Они состоят из следующих основных элементов: токопроводящих жил,

61

62

изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо основных элементов в конструкцию силовых кабелей могут входить экраны, нулевые жилы, жилызащитногозаземленияизаполнители(рис. 1.5).

Рис. 1.5. Электрический кабель с секторными жилами и поясной изоляцией: 1 – алюминиевые или медные токоведущие жилы; 2 – бумага, пропитанная маслом, фазная изоляция; 3 – джутовые заполнители; 4 – бумага, пропитанная маслом, поясная изоляция; 5 – свинцовая оболочка; 6 – бумажная лента;

7 – прослойка из джута; 8 – стальная ленточная броня; 9 – джутовый покров

Токопроводящие жилы предназначены для прохождения электрического тока, они бывают основными и нулевыми. Основные жилы применяются для выполнения основной функции кабеля – передачи по ним электроэнергии. Нулевые жилы предназначены для протекания разности токов фаз (полюсов) при неравномерной их нагрузке. Они присоединяются к нейтрали источника тока.

Жилы защитного заземления являются вспомогательными жилами кабеля и предназначены для соединения не находящихся под рабочим напряжением металлических частей электроустановки, к которой подключен кабель, с контуром защитного заземления источника тока.

а б в

Рис. 1.6. Кабели: двухжильные с круглыми (а) и сегментными (б) жилами, трехжильные с секторными (в) жилами

Силовые кабели бывают 1–5-жильные с сечением жилы 2,5… 800 мм2, контрольные – с числом жил 4–37 с сечением жилы 0,75…

10мм2 (рис. 1.6).

Наиболее широко применяют контрольные кабели марок КВВГ,

КРНГ, КРВГ и др.

Таблица 1.2

Буквенные символы в обозначении марок силовых кабелей

Конструктивный элемент кабеля и место		Значение символа
символа в обозначении марки кабеля
Токопроводящая жила
(символ в начале обозначения):
А	Алюминий
Нет символа	Медь
Изоляция жил (символ в середине обо-
значения):
Р	Резина
В	Поливинилхлоридныйпластикат
П	Полиэтилен
Ц	Бумага, пропитанная церезином
Оболочка (символы в середине обозна-
чения):
С	Свинец
А	Алюминий
В	Поливинилхлорид
П	Полиэтилен
Защитное покрытие (символы в конце
обозначения):	Броня
Б	Подушка: из битумного состава
Л	Из пропитанной пряжи
П	Из вязкого подклеивающего
В	состава
Шп	Без подушки:
	Шлангполиэтиленовыйзащитный
Шв	Шланг	поливинилхлоридный
Г	защитный
Кабельспециальногоназначения(символ	Голый(безджутовогопокрытия)
вконцеобозначения):	Для сельского хозяйства
С

63

64

5. Неметаллические проводниковые материалы

Из числа твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода. Из угля изготавливают щетки электрических машин, электроды для прожекторов, электроды для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах для создания сопротивления, изменяющегося от звукового давления. Из угля делают высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электровакуумной технике.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно использовать сажу, графит или антрацит.

Природный графит представляет собой одну из модификаций чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электрических, так и механических свойств. Следует отметить, что чистый углерод в модификации алмаза представляет собой диэлектрик с весьма высоким удельным сопротивлением.

Сажа представляет собой мелкодисперсный углерод. Лаки, в состав которых в качестве пигмента введена сажа, обладают малым удельным сопротивлением и могут быть использованы для выравнивания электрическогополявэлектрическихмашинахвысокогонапряжения.

Для изготовления нагревательных элементов электропечей широко используются карбиды и силициды некоторых тугоплавких металлов. Нагревательные элементы из них производят методами порошковой металлургии.

Для получения стержневых электродов измельченная масса со связующим, в качестве которого используется каменноугольная смола, а иногда и жидкое стекло, продавливается сквозь мундштук. Изделия более сложной формы изготавливают в соответствующих пресс-формах. Угольные заготовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искусственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

Обжиг обычных щеток для электрических машин ведут при температурах около 800 ºС, графитированные щетки нагревают при обжиге до 2200 ºС.

Угольные электроды, работа которых будет протекать при высоких температурах, обжигаются при очень высоких температурах, вплоть до 3000 ºС. Угольные электроды, как и другие угольные изделия, имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления.

Щетки служат для образования скользящего контакта между неподвижной и вращающейся частями электрической машины, т. е. для подвода (или отвода) тока к коллектору или контактным кольцам.

Щетки выпускают различных размеров. Имеется несколько марок щеток, отличающихся друг от друга составом и технологическим процессам изготовления. Для различных марок характерны определенные значения удельного сопротивления, допустимой плотности тока, линейной скорости на коллекторе, коэффициента трения и т.д.

Различают щетки угольно-графитные (Г), электрографитированные, т.е. подвергнутые термической обработке – графитированию (ЭГ), медно-графитные – с содержанием металлической меди (М и МГ).

Щетки с содержанием порошкового металла обладают особенно малым электрическим сопротивлением и дают незначительное контактное падение напряжение (между щеткой и коллектором).

Угольные порошки для микрофонов изготавливаются из антрацита. Удельное сопротивление порошка зависит от крупности зерен, режима обжига порошка и плотности засыпки. Порошки не должны слеживаться с течением времени и слипаться при воздействии повышенной влажности.

Непроволочные резисторы, отличающиеся от проволочных уменьшенными размерами и высоким верхним пределом номинального сопротивления, широко применяются в автоматике, измерительной и вычислительной технике и некоторых других областях электротехники. Они должны иметь малую зависимость сопротивления от напряжения и отличаться высокой стабильностью при воздействии температуры и влажности.

В качестве проводящих материалов непроволочных линейных резисторов могут быть использованы природный графит, сажа, бороуглеродистые пленки, а также высокоомные сплавы металлов и другие материалы.

65

66

Из неметаллических нагревателей чаще всего применяются силит и глобар, изготовляемые из карбида кремния (SiC). Рабочая температура их составляет 1400–1450 °С, срок службы при этих температурах – 1000–2000 ч; при температуре 1200–1300 °С срок службы увеличивается в 2–3 раза. Нагреватели из карбида кремния изготавливаются в виде стержней. В нагретом состоянии они хрупкие и малопрочные и требуют осторожного обращения; чувствительны к быстрому нагреву (нагрев печи следует производить постепенно).

В электротермии широко применяется дисилицид молибдена (MoSi2), изделия из которого могут работать в окислительной среде при температуре до 1700 °С.

Для изготовления высокотемпературных (1200–1800 °С) нагревателей электрических печей сопротивления, работающих в инертной атмосфере (например, при получении полупроводниковых материалов), часто используется графит марки ППГ. Преимущества графита в том, что его можно легко очищать от летучих примесей отжигом при температуре выше 1412 °С. Недостатком графитовых нагревателей является то, что они не могут работать в воздушной атмосфере (сгорают).

5. Прочие проводниковые материалы

Никель – серебристо-белый коррозионно устойчивый металл. Он широко применяется в электровакуумной технике в качестве материала для арматуры электронных ламп и некоторых типов катодов. Кроме этого, никель используют в качестве компонента ряда магнитных и проводниковых сплавов, в аккумуляторах, а также для защитных и декоративных покрытий изделий из железа.

Ртуть – металл, находящийся в жидком состоянии при нормальной температуре. Широко применялся в ртутных выпрямителях большей мощности, газоразрядных приборах, осветительных лампах и ртутных реле. Ртуть стойка к окислению, имеет ρv ≈ 0.95 10-6 Ом·м и ТКρ = 9,9 106 К-1. Пары ртути очень ядовиты, поэтому хранят ее в герметически закрытой фарфоровой или стеклянной таре.

Свинец обладает высокой коррозийной стойкостью, поэтому широко применялся в качестве оболочек кабелей. Из-за низкой температуры плавления (327 °С) использовался для изготовления плавких предохранителей. Кроме того, свинец широко применяют в ка-

честве пластин свинцовых аккумуляторов и, благодаря сильному поглощению ионизирующих излучений, – в качестве защитных сред в рентгеновских установках.

Олово используют в качестве защитных покрытий металлов благодаря способности не окисляться при нормальных температурах и стойкости к действию влаги. Из него изготавливают оловянносвинцовую фольгу, применяемую в качестве обкладок конденсаторов. Олово входит в состав бронз и припоев. Диоксид олова благодаря высокой адгезии к керамике и стеклу и высокой прозрачности в видимой и ультрафиолетовой областях спектра широко применяется в электронике в качестве резисторов и проводящих покрытий в электровакуумных приборах, индикаторах, преобразователях изображения и т. д.

Цинк применяют в виде защитных покрытий (оцинкованное железо) для предохранения от коррозии. Он входит в состав латуней. Кроме того, из цинка изготавливают электроды гальванических элементов, используют его в фотоэлементах и для металлизации бумаги металлобумажных конденсаторов.

Тугоплавкие металлы. К тугоплавким относятся металлы с температурой плавления выше, чем у железа. Как правило, они химически устойчивы при низких температурах, но становятся активными при повышенных; эксплуатация их при высоких температурах может быть обеспечена только в атмосфере инертных газов или в вакууме.

В плотном виде тугоплавкие металлы чаще всего получают методами порошковой металлургии – прессовкой и спеканием порошков. В электронной технике применяют различные технологии обработки чистых тугоплавких металлов: плавка электронным или

лазерным лучом, зонная очистка,	плазменная обработка и др.
В электротехнике и электронике	нашли широкое применение

вольфрам, молибден, тантал, ниобий, хром и рений.

Вольфрам – очень тяжелый, твердый металл серого цвета. Из всех металлов вольфрам обладает наиболее высокой температурой плавления (3380 °С). Для него характерна высокая внутрикристаллическая прочность при очень слабом сцеплении между отдельными зернами, поэтому спеченные изделия, обладающие мелкозернистым строением, хрупки и легко ломаются.

67

68

В результате механической обработки ковкой и волочением вольфрам приобретает волокнистую структуру (этим объясняется гибкость тонких вольфрамовых нитей). При нагревании тянутого вольфрама до высоких температур начинается процесс рекристаллизации, то есть укрупнение зерен. Для замедления этого процесса в вольфрам добавляют оксид тория Th2О3, который образует прослойки между зернами и вследствие этого препятствует росту кристаллов. Для повышения устойчивости формы раскаленных вольфрамовых нитей в них добавляют оксиды кремния, алюминия, кальция.

Из вольфрама изготавливают нити накаливания осветительных ламп и многие детали электровакуумной техники; его используют в мощных электрических контактах в композиции с медью или серебром, а также в качестве электрода при аргонно-дуговой сварке.

Молибден (температура плавления 2623 °С) отличается пластичностью. Для улучшения структуры и повышения механической прочности в молибден вводят оксиды кремния, тория и другие присадки. Из молибдена изготавливают сетки и электроды электронных ламп, рентгеновских трубок и различные вспомогательные детали электровакуумных приборов с напряженным тепловым режимом.

Молибден используется также в качестве нагревательных элементов электрических печей. Такие элементы в защитной атмосфере могут устойчиво работать при температурах 1700 °С, при которых процессы рекристаллизации еще слабо выражены.

Хром (температура плавления 1890 °С) – весьма распространенный элемент; благодаря стойкости к окислению он используется для защитного покрытия изделий, в том числе эксплуатируемых при повышенных температурах. Хромирование производят электролитическим путем, либо с помощью насыщения хромом поверхностных слоев стальных изделий посредством диффузии из внешней среды.

Хром входит в состав большого количества сплавов для нагревательных приборов, термопар, конструкционных нержавеющих, жаропрочных сталей и магнитных материалов. Из тонких пленок хрома изготавливают резисторы и адгезионные подслои для контактных площадок и токопроводящих соединений в интегральных микросхемах, а также светонепроницаемые слои фотошаблонов.

Драгоценные металлы. К драгоценным металлам относят золото, серебро, платину и металлы платиновой группы – палладий, иридий, родий, рутений и осмий. Это наиболее химически стойкие металлы; они встречаются в природе в виде самородков, представляющих в основном смеси этих металлов, а также как примеси присутствуют в различных рудах.

Золото – высокопластичный блестящий металл желтого цвета. В электронной технике золото используют как контактный материал, а также для коррозионно устойчивых покрытий резонаторов СВЧ и внутренних поверхностей волноводов. Золото добавляют в полупроводники для повышения рабочей частоты.

Серебро – белый, блестящий металл, с наименьшим удельным электрическим сопротивлением (16 нОм м). Серебро применяется в широкой номенклатуре контактов в аппаратуре разных мощностей. Высокие значения удельных теплоемкости, теплопроводности

иэлектрической проводимости серебра обеспечивают по сравнению с другими металлами наименьший нагрев контактов и быстрый отвод теплоты от контактных точек.

Серебро применяют также для непосредственного нанесения на диэлектрики в качестве электродов при производстве керамических

ислюдяных конденсаторов; для этого применяют методы испарения электронным лучом и осаждения в вакууме либо вжигания. Серебром покрывают внутренние поверхности волноводов для получения слоя высокой проводимости, с этой же целью серебрению подвергают проводники высокочастотных катушек индуктивности.

Платина – белый металл с наибольшей химической стойкостью,

прекрасно поддается механической обработке, вытягивается в очень тонкие нити и ленты. В отличие от серебра платина не образует сернистых пленок при взаимодействии с атмосферой, что обеспечивает платиновым контактам стабильное переходное сопротивление. Вследствие малой твердости платина редко используется для контактов в чистом виде, но служит основой для контактных сплавов. Наибольшее применение нашли сплавы платины с иридием. Они не окисляются, имеют высокую твердость, малый механический износ, допускают большую частоту включений, однако дороги и применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую надежность контактов при малых напряжениях и слабых токах.

69

70

Платину применяют для изготовления термопар, рассчитанных на рабочие температуры до 1600 °С (в паре со сплавом платинородий). Особо тонкие нити из платины диаметром около 0,001 мм для подвесок подвижных систем в электрометрах и других чувствительных приборах получают многократным волочением биметаллической проволоки «платина – серебро» с последующим растворением наружного слоя серебра в азотной кислоте (на платину азотная кислота не действует).

Палладий способен интенсивно поглощать водород. Водород проникает в палладий при сравнительно низкой температуре (от 150 до 300 °С) и избыточном давлении от 0,015 до 0,1 МПа. При нагреве палладия в вакууме в диапазоне температуры от 350 до 500 °С водород вновь выделяется в чистом виде. Твердый палладий поглощает более чем 850-кратный объем водорода по отношению к собственному объему. Выделенный из палладия чистый водород используют в топливных элементах для получения электричества за счет его окисления кислородом, им также наполняют газоразрядные приборы.

Палладий и его сплавы с серебром и медью применяют в качестве материалов для изготовления слаботочных контактов. В отожженном состоянии палладий обладает весьма хорошими механическими свойствами: предел прочности при растяжении – до 200 МПа, относительное удлинение при разрыве – до 40 %.

Иридий используют для покрытия поверхностей изделий (иридирование), а также в качестве добавки в платину с целью повысить прочность и износостойкость контактов. Из чистого иридия изготавливают тигли для выращивания монокристаллов, ответственные детали контрольно-измерительных приборов.

Контрольные вопросы

1.Какие механизмы поляризации относятся к мгновенной?

2.Какие механизмы поляризации относятся к релаксационной?

3.Чем отличается тепловой пробой твердых диэлектриков от электрохимического?

4.Что называется углом диэлектрических потерь?

5.Какая существует классификация жидких диэлектриков?

6.Назовите способы очистки трансформаторного масла.

7.Укажите классификацию и область применения битумов.

8.Укажите классификацию и область применения лаков.

9.Укажите классификацию проводниковых материалов.

10.Назовитеосновныехарактеристикипроводниковыхматериалов.

11.Какие материалы высокого сопротивления наиболее распространенные и где они применяются?

12.Какие материалы высокой проводимости наиболее распространенные и где они применяются?

13.Гдеприменяютсянеметаллическиепроводниковыематериалы?

ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ

Материалы для самостоятельной работы студентов

Пример тестового задания № 1

Задание выполнил студент (Ф. И. О.) группы № … 2 курса

Исходные данные: наименование диэлектрика – фарфор, материал для сравнения – стекло.

Сведенияоматериалеиегохарактеристики(заполняютсястудентом).

Уровень 1

Агрегатное состояние материала …. Вид химической связи в молекулах…

Классификация по химической природе (органический, неорганический; полярный, неполярный) …

Состав материала …. Цвет … Область применения…

Класс нагревостойкости …

Уровень 2 (дополнительно к уровню 1)

Удельное электрическое сопротивление материала, Ом ·м … Электрическая прочность, кВ/м … Тангенс угла диэлектрических потерь … Способ получения материала …

Виды и механизмы поляризации, характерные для материала … Структура маркировки материала …

71

72

Уровень 3 (дополнительно к уровню 2) Сравнительная характеристика заданных материалов: достоинства фарфора … недостатки фарфора …

Обоснование причин замены стекла на фарфор (или наоборот) в изоляционных конструкциях …

Пример тестового задания № 2

Задание выполнил студент (Ф. И. О.) группы № … 2 курса

Исходные данные:

наименование прочего проводникового материала – олово, материал для сравнения – цинк.

Сведения о материале и его характеристики (заполняются студентом).

Уровень 1

Наименование материала… Агрегатное состояние материала…

Механизм прохождения тока в материале (вид основных носителей зарядов)… Назначение материала … Цвет … Область применения…

Уровень 2 (дополнительно к уровню 1) Плотность D, кг/ м3

Удельное электрическое сопротивление материала ρ, Ом ·м … Температурный коэффициент, К-1,

ТКρ… ТКι…

Температура плавления, Тпл, ° С … Способ получения материала …

Уровень 3 (дополнительно к уровню 2) Сравнительная характеристика заданных материалов: достоинства олова… недостатки олова…

Обоснование причин замены олова на цинк (или наоборот) в электроустановках …

Материалы к лабораторным занятиям

Лабораторная работа «Измерение электрических характеристик диэлектриков»

Общие сведения

Электропроводность изоляционных материалов обусловливается состоянием вещества (газообразным, жидким или твердым), а также зависит от влажности и температуры окружающей среды. Некоторое влияние на проводимость диэлектриков оказывает также напряженность поля в образце, при которой проводится измерение.

При длительной работе под напряжением ток через твердые и жидкие диэлектрики с течением времени может уменьшаться или увеличиваться. Уменьшение тока со временем говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей иуменьшаласьзасчетэлектрическойочисткиобразца. Увеличениетока со временем говорит об участии в нем зарядов, являющихся структурными элементами самого материала, и о протекающем в нем под напряжением необратимом процессе старения, способном постепенно привестикразрушению– пробоюдиэлектрика.

Все электроизоляционные материалы не являются идеальными диэлектриками. В любом из них всегда имеется некоторое количество свободных зарядов, благодаря чему в диэлектрике под действием электрического поля возникают слабые токи объемной Iv и поверхностной Is утечки (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Пути токов объемной и поверхностной утечки:

1 – изоляторы; 2 – провода, находящиеся под напряжением U1; U2 – напряжение между проводом и конструкцией (землей); Iv – ток объемной утечки; Is – ток поверхностной утечки

73

74

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь – важнейшие характеристики электроизоляционных материалов.

Значение относительной диэлектрической проницаемости электроизоляционных материалов можно вычислить, сравнив емкости двух конденсаторов, одинаковых по форме и геометрическим размерам:

	εr =	CX	,	(1.17)
		C
		O

где Cx – емкость конденсатора с испытываемым диэлектриком;

Co – емкость конденсатора при тех же геометрических размерах, когда между электродами вакуум.

Значение εr исследуемого диэлектрика можно определить, измеряя дважды емкость разборного конденсатора: когда между обкладками исследуемый диэлектрик (Cx) и когда между ними

воздух (Co).

Замена вакуума воздухом дает малую погрешность. Емкость плоского конденсатора:

	C =	ε0 ε S	,	(1.18)
		h

где S – площадь обкладок конденсатора, м2; h – толщина диэлектрика, м;

εο − электрическая постоянная εο = 8,85 10−12 Ф/м; ε − диэлектрическая проницаемость.

Относительную диэлектрическую проницаемость определяют одновременно с другой электрической характеристикой материала

– тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ).

Условия работы изоляции под напряжением переменного тока тяжелее, чем под напряжением постоянного тока при одинаковых величинах напряжения, т. е. когда Uпост = Uпер (действующее значение). При напряжении переменного тока в изоляции возникают значительные потери энергии, которые называются диэлектрическими потерями.

При переменном токе через изоляцию протекает ток I (рис. 1.5), равный геометрической сумме: тока сквозной проводимости Iскв, тока абсорбции Iабс и емкостного тока (тока смещения) Iсм, обусловленного геометрической емкостью C.

I = Iсм+ Iабс + Iскв.

(1.19)

Диэлектрическими потерями называют мощность, рассеиваемую в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающую нагрев диэлектрика (1.5).

О потерях энергии в изоляции судят по величине тангенса угла диэлектрических потерь, которыми обладает данный диэлектрик.

В практике чаще используется величина tgδ, которая дает усредненную объемную характеристику диэлектрика по величине потерь энергии и является одним из его параметров (рис. 1.8.).

Тангенсом угла диэлектрических потерь называется отношение активной составляющей тока Iа, протекающего через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения, к его емкостной составляющей.

tgδ =	Ia	.	(1.20);
	IC
δ = 90 − ϕ.			(1.21)

Рис. 1.8. Векторная диаграмма токов в диэлектрике

75

76

На векторной диаграмме видно, что активная составляющая полного тока Ia состоит из тока сквозной проводимости Iскв и активной составляющей тока абсорбции Iабс. Емкостная составляющая тока Iс равна сумме тока смещения Iсм и емкостной составляющей тока абсорбции Iабс. Потери в изоляции создаются, как видно из диаграммы, в основном током абсорбции, активная составляющая Iабс которого больше тока сквозной проводимости Iскв.

Увлажнение и загрязнение изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока Ia и вместе с тем увеличение тангенса угла диэлектрических потерь.

Показатель tgδ очень чувствителен к изменению качества изоляции, поэтому, измеряя его, контролируют состояние изоляции трансформаторов, конденсаторов, электрических машин, высоковольтных вводов и другого электрооборудования.

Описание лабораторной установки и хода выполнения лабораторной работы

Величина токов объемной и поверхностной утечки зависит от удельного объемного и удельного поверхностного электрических сопротивлений диэлектрика.

Для определения объемного электрического сопротивления применяют образец диэлектрика с тремя металлическими электродами, которые подключаются к мегаомметру, как указано на рисунке1.9.

Рис. 1.9. Схема подключения установки при измерении Rv

Удельное объемное электрическое сопротивление диэлектрика определяют по формуле:

	ρV =	RV S	,	(1.22)
		h

где Rv – объемное сопротивление, Ом;

S − площадь электрода, м2 (диаметр электрода d = 0,05 м); h − толщина диэлектрика, м.

Для определения поверхностного электрического сопротивления применяют образец диэлектрика с тремя металлическими электродами, которыеподключаютк мегаомметру, как указано на рисунке 1.10.

Рис. 1.10. Схема подключения установки при измерении Rs

Удельное поверхностное электрическое сопротивление определяют по формуле:

	ρs = R		π (d2 − d1 )				,	(1.23)
	S		(d	2	+ d )
						1
где Rs – поверхностное сопротивление, Ом;
d2	– внутренний диаметр электрода, м (d2 = 0,055 м);
d1	– диаметр внутреннего электрода, м (d1 = 0,05 м).
Исследуемые образцы поочередно						помещаются в		установку

с электродами, которые подключены к мегаомметру, согласно рисункам 1.7, 1.8 и производится измерение сопротивлений Rv, Rs.

Результаты измерений вносятся в таблицы 1.2, 1.3.

77

78

Таблица 1.2

Удельное объемное сопротивление диэлектриков

Номер	Наименование	h, мм	U, В	Rv, МОм		Iv, А
образца	исследуемого				ρv, Ом·м
	диэлектрика
1	Бумагакабельная	0,1
2	Электрокартон	2
3	Гетинакс	2
4	Пленка полиэтиленовая	0,1

Значение ρv рассчитывается по формуле (1.22).

Значение объемного тока в диэлектрике Iv рассчитывается по формуле:

IV	=	U	,	(1.24)
		RV

где U – приложенное напряжение, В (определяется по положению переключателя на приборе);

Rv – объемное сопротивление, Ом.

					Таблица 1.3
	Удельное поверхностное сопротивление диэлектриков
	Наименование	U, В	Rs, Ом	ρs,Ом·м	Is , А
	исследуемого диэлектрика

1.Бумага кабельная

2.Электрокартон

3.Гетинакс

4.Пленкаполиэтиленовая

Значение ρs рассчитывается по формуле (1.23).

Значение поверхностного тока в диэлектрике Is рассчитывается по формуле:

IS =	U	,	(1.25)
	RS

где U – приложенное напряжение, В (определяется по положению переключателя на приборе);

Rs – поверхностное сопротивление, Ом.

Для измерения C и tgδ используется прибор Е7-8. Порядок работы с прибором:

1)включитьтумблер«Сеть» ипрогретьприборвтечение1 минуты;

2)установитьпереключатель«Запуск» вположение«Следящий»;

3)установить переключатель «Вид измерения» в положение соответственно C, G, tgδ;

4)переключатель «Знак C, L» установить в положение «АВТ»;

5)выводы соединительного кабеля прибора присоединить к выводам измеряемого объекта;

6)прочитать результат измерения на табло прибора.

Примечание. Прибор не должен работать более 5 минут.

В качестве измеряемых объектов используются образцы кабельной бумаги, пропитанные и не пропитанные водой.

Результаты измерений вносятся в таблицу 1.4.

Расчет диэлектрической проницаемости производится по формуле (1.18). Угол фазового сдвига между током и напряжением ϕ рассчитывается по формуле (1.21).

Таблица 1.4

Зависимость tgδ и ε от материала, применяемого для пропитки диэлектрика

Наименование материала	tgδ	δ	ϕ	S, м2	h, м	C, Ф	ε
Бумага непропитанная				0,6	0,0001
Бумага, пропитанная водой				0,6	0,0001

Определение электрической прочности трансформаторного масла

Для получения надежных результатов методика проведения опыта по определению электрической прочности масла строго стандартизирована. Она включает следующие условия:

1)пробу масла следует брать в абсолютно чистую и сухую стеклянную или алюминиевую посуду, закрыть стеклянной пробкой. При взятии пробы сначала сливают отстой и эмульсию, посуду прополаскивают 3–4 раза;

2)используются абсолютно чистые и сухие сосуд и электроды, послечисткиипромывкинельзякасатьсяихвнутреннейповерхности;

79

80